基于Atmel單片機(jī)的熱釋電紅外的安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隨著人們經(jīng)濟(jì)收入的增加，如何有效的保障財(cái)產(chǎn)安全成為一個(gè)十分重要的問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前大多數(shù)家庭的安保措施還比較薄弱，即便是有物業(yè)管理的*園小區(qū)， 也不可避免的存在疏忽和漏洞，給犯罪分子以可乘之機(jī)；在有的中小型超市和商鋪，由于成本的原因，很多都沒(méi)有任何的防范措施，入室盜竊現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。為了保障人們的財(cái)產(chǎn)安全，就必須有成本低、易安裝、性能穩(wěn)定的安保設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本文將介紹一種利用熱釋電紅外傳感器作為探測(cè)源， 經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理后送給CPU 處理，在異常情況下發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)自動(dòng)封鎖出口的安防設(shè)備。系統(tǒng)有“自動(dòng)”、“商場(chǎng)”、“場(chǎng)館”和“家庭”四種工作模式供用戶選擇。

當(dāng)有人進(jìn)入房間時(shí)，傳感器就會(huì)檢測(cè)到人體輻射的紅外線信號(hào)， 經(jīng)過(guò)調(diào)理電路的放大和整形， 送入C P U ,CPU 根據(jù)用戶的設(shè)定工作方式進(jìn)行判斷，決定將啟動(dòng)哪些電路。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)各模塊介紹

如圖1 所示， 系統(tǒng)核心控制部分是單片機(jī)， 外圍分別由信號(hào)檢測(cè)部分，手動(dòng)設(shè)定部分（鍵盤）、時(shí)鐘計(jì)時(shí)部分、顯示和聲光報(bào)警部分，以及出口封鎖部分組成。

圖1 系統(tǒng)整體模塊圖

2.1.1 單片機(jī)

單片機(jī)作為控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用的一種CPU,具有價(jià)格低廉，編程簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，因而具有廣闊的市場(chǎng)空間。本設(shè)計(jì)使用AT89S52,它負(fù)責(zé)采集來(lái)自檢測(cè)單元的信號(hào)和從時(shí)鐘芯片讀取的時(shí)間，根據(jù)用戶設(shè)定的工作模式，進(jìn)而啟動(dòng)相應(yīng)的聲光報(bào)警電路、出口封鎖電路、計(jì)數(shù)電路和語(yǔ)音播放電路，同時(shí)完成顯示模塊的輸出控制。

2.1.2 信號(hào)檢測(cè)部分

（1） 核心檢測(cè)器——熱釋電紅外傳感器據(jù)科學(xué)家研究，任何溫度高于絕對(duì)零度（-273℃）的物體， 總是不斷的向外界輻射紅外線，輻射能量的大小與物體的溫度和紅外輻射的波長(zhǎng)有關(guān)， 且滿足λ m ×T= μm × K ≈ 3000。應(yīng)用紅外線原理的探測(cè)器一般工作在2 ～2.6 μ m,3～5 μ m,8～14 μ m 三個(gè)波段。

目前，紅外探測(cè)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于通訊、軍事、航天、醫(yī)療等科學(xué)領(lǐng)域。

本設(shè)計(jì)采用RE200B,工作電壓3-10V,主要檢測(cè)8～14 μ m 的紅外線信號(hào)，輸出1mV,0.1～10Hz（根據(jù)人體移動(dòng)的速度而定）的微弱類正弦波信號(hào)。人體由于體溫的恒定性而輻射1 0 μ m 左右的紅外線，剛好在檢測(cè)波段的中部區(qū)域，因此靈敏度較高。其內(nèi)部將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，可以抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾。引入的N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管接成共漏形式來(lái)完成阻抗變換， 將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)。如圖2 所示。在傳感器前加裝菲涅爾透鏡，當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，有效的增大了探測(cè)范圍。

圖2 RE200B 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及菲涅爾透鏡示意圖

2） 帶通濾波器由于探測(cè)器輸出的有用信號(hào)集中在0.1～10Hz 范圍內(nèi)， 因此， 需要設(shè)計(jì)濾波器截取該段頻率范圍內(nèi)的脈沖信號(hào)， 濾除帶外噪聲，以降低系統(tǒng)的誤報(bào)率。本設(shè)計(jì)中，采用RC 低通濾波器和高通濾波器組成0.16～16Hz的一階帶通濾波器，電路設(shè)計(jì)如圖3。其中，R10 和C3 組成低通濾波器， C 1 和R 1 1 組成高通濾波器。根據(jù)公式12fpRC= 可得帶通濾波器的上下限頻率為fL=0.16Hz,fH=16Hz。

圖3 0.16～16Hz 帶通濾波器及差分放大電路

（3） 差分放大

雖然經(jīng)過(guò)上述帶通濾波器可以抑制帶外噪聲，但傳感器輸出的脈沖信號(hào)只有1mV,在有用信號(hào)（差模信號(hào)）里還不可避免的會(huì)夾雜比有用信號(hào)大得多的共模信號(hào)干擾，將有用信號(hào)淹沒(méi)，若不把這些信號(hào)進(jìn)一步剔除，直接放大后送給單片機(jī)判斷，則差模信號(hào)被放大的同時(shí)，共模干擾也被同步放大， 無(wú)法加以區(qū)分。因此，需要先通過(guò)差分電路抑制共模信號(hào)、放大差模信號(hào)，保證后續(xù)電路的正確檢測(cè)。系統(tǒng)采用價(jià)格低廉的LM324 組成，如圖3 虛線框所示。根據(jù)疊加定理不難得到， 當(dāng)R 1= R 5 ,R 2=R 6 時(shí)， 差分放大器的輸出為：

上式中，Vo 只與輸入端的信號(hào)差值和R2/R1有關(guān)， 放大倍數(shù)取決于R2/R1的值，在本系統(tǒng)中，第一級(jí)放大20倍。